(57)【要約】【課題】流体の低速、高速にかかわらず高回転駆動力と高回転速度を実現し、さらに高速流体に対して安全性を確保できる新しいブレード形状のプロペラ型流力原動機を得ること。【解決手段】回転軸２が流体流れ方向を向き、該回転軸２にブレード５がほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機１において、前記ブレード５の横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側５ａをブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側５ｂをブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部５ｃを流力受け部とした。【選択図】      図１
2005061233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、
前記ブレードの横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたことを特徴とするプロペラ型流力原動機。
【請求項２】
前記湾曲部内側の凹部を流力受け部とするとともに、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたことを特徴とする請求項１に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３】
前記ブレード面の迎角は、ほぼ０°であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項４】
回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、
前記ブレードの横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、前記流体の上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたことを特徴とするプロペラ型流力原動機。
【請求項５】
前記ブレードの前記凹部の基部及び先端部が、開口していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項６】
前記ブレードの前記凹部の基部が、塞がれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項７】
前記ブレードは、細長直線状であって前記凹部の先端部が塞がれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項８】
前記ブレードは、基部から先端部に向かって回転方向後方に曲折していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項９】
前記ブレードは、基部から先端部に向かって回転方向後方に滑らかに湾曲していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１０】
前記ブレードの横幅は、基部から先端部に向かって徐々に小さくなっている請求項１〜９のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１１】
前記ブレードは、平板プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１２】
前記ブレードの基部の軸線が回転軸中心を通るように、前記ブレードを前記回転軸に取り付けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１３】
前記ブレードの基部の軸線が回転軸中心より回転方向前方を通るようにオフセットして、前記ブレードを前記回転軸に取り付けたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１４】
前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、回転軸近傍を流れる流体を外周側に誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１５】
前記流体誘導手段は、ほぼ円錐形に形成され、先端部を回転軸上の上流側に位置させていることを特徴とする請求項１４に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１６】
前記ブレードの下流側に位置し、回転軸近傍を流れて前記ブレードの基部の内側を通過した流体を反転させ、外周側の前記ブレードの基部まで誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１７】
前記流体誘導手段は、中空半球状の流体キャッチであることを特徴とする請求項１６に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１８】
前記流体キャッチは、スポークを介して前記回転軸に取り付けられ、前記ブレードの基部を支持していることを特徴とする請求項１７に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項１９】
前記流体キャッチは、前記流体の流速に応じて開閉して流体キャッチから流体を逃がす開閉手段を備えていることを特徴とする請求項１７または１８に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２０】
前記開閉手段は、前記流体キャッチの底部開口に設けられ、通常は、ばね機構により閉方向に付勢されて閉じていて、流速による所定の流体圧により、ばね力に抗して開く複数の花弁状の開閉弁であることを特徴とする請求項１９に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２１】
前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追う方向に誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２２】
前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追い、かつ、ブレード半径内に押さえ込むように誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２３】
前記流体誘導手段は、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であることを特徴とする請求項２１に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２４】
前記流体誘導手段は、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲され、かつ、下流側外側部がブレード回転方向内側に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であることを特徴とする請求項２２に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２５】
前記湾曲部の湾曲度または湾曲形状を調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項２３または２４に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２６】
前記流体の流速に応じて前記ブレードを下流側に倒すブレード可倒手段を備えたことを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２７】
前記ブレード可倒手段は、前記ブレードを前記回転軸に接続するスポークを弾性体で構成したものであることを特徴とする請求項２６に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２８】
前記ブレード可倒手段は、前記ブレードを下流側へ揺動可能に前記回転軸に接続する接続手段と、前記ブレードの基部に固定されブレードにほぼ垂直に上流側に延びるロッドの先端に取り付けられた錘と、この錘を前記回転軸方向に付勢する弾性部材とから構成したものであることを特徴とする請求項２６に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項２９】
前記プロペラ型流力原動機の上流側に発電機を接続し、流力発電機として使用されることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３０】
前記プロペラ型流力原動機の下流側に発電機を接続し、流力発電機として使用されることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３１】
前記流体は大気であり、プロペラ型風力原動機として使用されることを特徴とする請求項１〜３０のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３２】
前記流体は水であり、プロペラ型水力原動機として使用されることを特徴とする請求項１〜３０のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３３】
回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、
前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追う方向に誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とするプロペラ型流力原動機。
【請求項３４】
回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、
前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追い、かつ、ブレード半径内に押さえ込むように誘導する流体誘導手段を備えたことを特徴とするプロペラ型流力原動機。
【請求項３５】
前記流体誘導手段は、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であることを特徴とする請求項３３に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３６】
前記流体誘導手段は、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲され、かつ、下流側外側部がブレード回転方向内側に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であることを特徴とする請求項３４に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３７】
前記湾曲部の湾曲度または湾曲形状を調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項３５又は３６に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３８】
前記流体の流速に応じて前記ブレードを下流側に倒すブレード可倒手段を備えたことを特徴とする請求項３３〜３７のいずれか一つに記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項３９】
前記ブレード可倒手段は、前記ブレードを前記回転軸に接続するスポークを弾性体で構成したものであることを特徴とする請求項３８に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項４０】
前記ブレード可倒手段は、前記ブレードを下流側へ揺動可能に前記回転軸に接続する接続手段と、前記ブレードの基部に固定されブレードに垂直に上流側に延びるロッドの先端に取り付けられた錘と、この錘を前記回転軸方向に付勢する弾性部材とから構成したものであることを特徴とする請求項３８に記載のプロペラ型流力原動機。
【請求項４１】
横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたことを特徴とするプロペラ型流力原動機のブレード。
【請求項４２】
前記湾曲部内側の凹部を流力受け部とするとともに、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたことを特徴とする請求項４１に記載のプロペラ型流力原動機のブレード。
【請求項４３】
横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたことを特徴とするプロペラ型流力原動機のブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風力発電機や水力発電機を駆動するプロペラ型の流力原動機およびそのブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プロペラ型流力原動機の回転駆動力は、ブレード先端を回転半径とする円の面積を単位時間当たりに通過する流量に比例するが、回転軸近傍を流れる流体は、回転駆動力の発生にほとんど寄与しない。
【０００３】
回転軸近傍を流れる流体を外周側に誘導する流体誘導手段をプロペラ型流体原動機の上流側に配置し、流体を外周側に誘導することにより回転駆動力を増大させるプロペラ型流力原動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−８３２３３号公報（第４頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の技術は、プロペラ型流力原動機の回転駆動力を増大させるものであるが、そのブレードは、迎角により駆動力を発生させる従来型のものを採用していて、発生する回転駆動力と回転速度には自ずと限界があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、流体の低速、高速にかかわらず高回転駆動力と高回転速度を実現し、さらに高速流体に対して安全性を確保できる新しいブレード形状のプロペラ型流力原動機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプロペラ型流力原動機は、回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、前記ブレードの横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたものである。
【０００８】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部とするとともに、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたものである。
【０００９】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレード面の迎角は、ほぼ０°であるものである。
【００１０】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、前記ブレードの横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、前記流体の上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたものである。
【００１１】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの前記凹部の基部及び先端部が、開口しているものである。
【００１２】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの前記凹部の基部が、塞がれているものである。
【００１３】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードが、細長直線状であって前記凹部の先端部が塞がれているものである。
【００１４】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードが、基部から先端部に向かって回転方向後方に曲折しているものである。
【００１５】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードが、基部から先端部に向かって回転方向後方に滑らかに湾曲しているものである。
【００１６】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの横幅が、基部から先端部に向かって徐々に小さくなっているものである。
【００１７】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードが、平板プレス加工により形成されているものである。
【００１８】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの基部の軸線が回転軸中心を通るように、前記ブレードを前記回転軸に取り付けたものである。
【００１９】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの基部の軸線が回転軸中心より回転方向前方を通るようにオフセットして、前記ブレードを前記回転軸に取り付けたものである。
【００２０】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、回転軸近傍を流れる流体を外周側に誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００２１】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、ほぼ円錐形に形成され、先端部を回転軸上の上流側に位置させているものである。
【００２２】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレードの下流側に位置し、回転軸近傍を流れて前記ブレードの基部の内側を通過した流体を反転させ、外周側の前記ブレードの基部まで誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００２３】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、中空半球状の流体キャッチであるものである。
【００２４】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体キャッチが、スポークを介して前記回転軸に取り付けられ、前記ブレードの基部を支持しているものである。
【００２５】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体キャッチが、前記流体の流速に応じて開閉して流体キャッチから流体を逃がす開閉手段を備えているものである。
【００２６】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記開閉手段が、前記流体キャッチの底部開口に設けられ、通常は、ばね機構により閉方向に付勢されて閉じていて、流速による所定の流体圧により、ばね力に抗して開く複数の花弁状の開閉弁であるものである。
【００２７】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追う方向に誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００２８】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追い、かつ、ブレード半径内に押さえ込むように誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００２９】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であるものである。
【００３０】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲され、かつ、下流側外側部がブレード回転方向内側に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であるものである。
【００３１】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記湾曲部の湾曲度または湾曲形状を調整する調整手段を備えたものである。
【００３２】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体の流速に応じて前記ブレードを下流側に倒すブレード可倒手段を備えたものである。
【００３３】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレード可倒手段が、前記ブレードを前記回転軸に接続するスポークを弾性体で構成したものである。
【００３４】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレード可倒手段が、前記ブレードを下流側へ揺動可能に前記回転軸に接続する接続手段と、前記ブレードの基部に固定されブレードにほぼ垂直に上流側に延びるロッドの先端に取り付けられた錘と、この錘を前記回転軸方向に付勢する弾性部材とから構成したものである。
【００３５】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記プロペラ型流力原動機の上流側に発電機を接続し、流力発電機として使用されるものである。
【００３６】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記プロペラ型流力原動機の下流側に発電機を接続し、流力発電機として使用されるものである。
【００３７】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体が大気であり、プロペラ型風力原動機として使用されるものである。
【００３８】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体が水であり、プロペラ型水力原動機として使用されるものである。
【００３９】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追う方向に誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００４０】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、回転軸が流体流れ方向を向き、該回転軸にブレードがほぼ放射状に取り付けられるプロペラ型流力原動機において、前記プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、前記ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追い、かつ、ブレード半径内に押さえ込むように誘導する流体誘導手段を備えたものである。
【００４１】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であるものである。
【００４２】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体誘導手段が、前記回転軸に沿うように、かつ軸対称に放射状に配置され、下流側が、ブレード回転方向に湾曲され、かつ、下流側外側部がブレード回転方向内側に湾曲された湾曲部を有する対の流体誘導板であるものである。
【００４３】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記湾曲部の湾曲度または湾曲形状を調整する調整手段を備えたものである。
【００４４】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記流体の流速に応じて前記ブレードを下流側に倒すブレード可倒手段を備えたものである。
【００４５】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレード可倒手段が、前記ブレードを前記回転軸に接続するスポークを弾性体で構成したものであるものである。
【００４６】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機は、前記ブレード可倒手段が、前記ブレードを下流側へ揺動可能に前記回転軸に接続する接続手段と、前記ブレードの基部に固定されブレードに垂直に上流側に延びるロッドの先端に取り付けられた錘と、この錘を前記回転軸方向に付勢する弾性部材とから構成したものであるものである。
【００４７】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機のブレードは、横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたものである。
【００４８】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機のブレードは、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部とするとともに、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたものである。
【００４９】
次の発明に係るプロペラ型流力原動機のブレードは、横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたものである。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係るプロペラ型流力原動機の好適な実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態は、プロペラ型風力原動機であるが、本発明のプロペラ型原動機は、風力にも水力にも使用することができるので、風力及び水力を総称する流力（流体）という用語を用いることにより、風力用、水力用の両方のプロペラ型原動機の説明とすることとする。
【００５１】
実施の形態１．
図１〜７，図１１を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図、図２はプロペラ型流力原動機の分解斜視図、図３はＪ字状ブレードの斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿うＪ字状ブレードの横断面図、図５はプロペラ型流力原動機の上流側から見た正面図、図６は回転方向後方に滑らかに湾曲しているＪ字状ブレードの正面図、図７は細長直線状のＪ字状ブレードの斜視図である。
【００５２】
図において、プロペラ型流力原動機１は、回転軸２に取り付けられるハブ３と、流力を受けるＪ字状ブレード５と、Ｊ字状ブレード５とハブ３を接続するスポーク４から概ね構成されている。
【００５３】
この実施の形態のＪ字状ブレード５は、図３及び図４に示すように、細長い金属製の平板からなるブレード板の前縁部を上流側に向けて湾曲させ、横断面をＪ字状に形成したもので、Ｊ字の湾曲部外側５ａがブレード回転方向Ｋ（図２、図４，図５参照）前縁部となり、Ｊ字の長片部内側５ｂが流力を受けるブレード面となり、湾曲部内側の凹部５ｃが流力受け部となっている。Ｊ字状ブレード５は、従来のブレードと同じように、回転軸２に垂直な面に対し迎角βを持たせて回転軸２に取り付けるが、高流速時に高速回転させるようなときは、回転流体抵抗を小さくするために迎角βを０°とすることもできる。
【００５４】
次に、Ｊ字状ブレードの作動原理を説明する。ブレード面５ｂに当たる流体のうちブレード面５ｂの後方に当たる流体６ａは、さえぎるものの無い回転方向後方に流れ、迎角βがあればＪ字状ブレード５に前進力が発生する。ブレード面５ｂの前方に当たる流体６ｂは、回転方向前方に流れ凹部５ｃに塞き止められてＪ字状ブレード５に前進力を発生させ流力原動機１を回転させる。また、迎角βが０°であっても、前方に当たる流体６ｂと凹部５ｃの作用によりＪ字状ブレード５に前進力が発生し、流力原動機１を回転させることができる。
【００５５】
Ｊ字状ブレードの長手方向の形状については、図３、５及び６に示すような、ブレード長手方向の基部から先端部に向かって回転方向後方に滑らかに湾曲しているブレード５、１５及び２５や、図２（ｂ）に示すような、中間部で回転方向後方に折り曲げたブレード５や、細長直線状であって凹部の先端部を塞いだブレード３５等を採用することができる。ブレードの回転流体抵抗を考慮すると滑らかに後方に湾曲させたブレード５、１５、２５等を採用することが望ましい。なお、図３のブレード５は、流力原動機１を上流から見て反時計回りに回転させるものであり、他のブレード１５、２５、３５は、時計回りに回転させるものである。
【００５６】
また、上記のブレードの横幅は、基部から先端に向かって徐々に小さくするのが良い。基部では、流体を受ける面積を大きくして回転力の増大を図る。また、先端部では、面積を小さくして流体抵抗を減少させ、さらに、周速度が速い先端部では、流体を吐き出すスピードを速くする。
【００５７】
また、従来のブレードは、その横断面形状がいわゆる流線型の翼形で複雑な形状であり生産性に問題があるが、上記のブレードは、金属平板からプレス加工により容易に成形することができる。
【００５８】
さらに、ブレードをハブ３に取り付けるときに、ブレードの基部の軸線が回転軸中心を通るように取り付けても良いが、図５に示すように、ブレードの基部の軸線１５ａが回転軸中心より回転方向前方を通るようにオフセットさせて取り付けることにより、ブレードを回転方向後方に傾斜させて取り付けるのが良い。このような取付け方でも本明細書では、ほぼ放射状に取り付けたブレードと呼ぶこととする。
【００５９】
前述のブレードの回転方向後方への曲折、湾曲及び傾斜は、プロペラ式流力原動機に対して放射方向の流体の流れ（図２、図３の６ｃ）があると、その流体がブレードの凹部５ｃを放射方向に通り、曲折、湾曲及び傾斜部で流路が曲げられ、反力によりブレードに前進力を与えることになる。
【００６０】
図７に示す細長直線状のブレード３５においては、前述のＪ字状ブレードの作動原理による回転力に加え、凹部の先端部３５ａを塞いでおくことにより、凹部３５ｃを通る流体６ｃが先端部から後方に噴き出され、その反力による回転力が発生する。
【００６１】
図１に戻り、回転軸２を挿通支持する固定軸７が流体原動機１の上流側に長く伸び、その前端には発電機８が支持される。流力原動機１の直前の固定軸７上には、回転軸２近傍を流れる流体を外周側に誘導する流体誘導手段としての円錐９（コーン）が先端部を上流側に向けて設置されている。円錐の基部の外径は、ブレード５の基部外径より大きくされている。
【００６２】
回転軸２近傍を流れる流体をそのまま真っ直ぐブレードに当てても、回転軸２からの距離が小さいため、風力原動機１には、ほとんど回転トルクが発生しないが、円錐９によって外周側に誘導してからブレード５に当てると、回転軸２からの距離が大きいため大きな回転トルクを発生させることができる。このとき、図３（ｂ）に示すように、ブレード５の凹部５ｃの基部を、遮蔽板５ｄにより塞いでおくとブレード５に当たった流体が内周方向に逃げるのを防ぎ回転トルクを増すことができる。なお、図３（ａ）に示すブレード５においては、図３（ｂ）に示す遮蔽板５ｄがない構成としている。
【００６３】
特にＪ字状ブレード５、１５、２５、３５等では、円錐９により放射方向の風の流れ（図２、図３の６ｃ）が発生し、その風がブレードの凹部５ｃを放射方向に通り、曲折、湾曲及び傾斜部で風路が曲げられ、その反力によってもブレードに前進力を与えることになる。
【００６４】
この流体誘導手段としての円錐９は、先頭が丸い砲弾形のものであっても、先頭が尖った富士山形のものであっても良い。
【００６５】
さらに、円錐９の上流側には、ブレード５に向かって回転軸２方向に流れる流体を、ブレード回転方向にブレードを追うように誘導する流体誘導手段としての上下一対の流体誘導板１０、１０が、図１１に示すように、その前方は回転軸２に沿うように、固定軸７に放射状に取り付けられ、その後部はブレード５回転方向に湾曲されている。流体誘導板１０、１０は、上下ではなく左右または斜めに一対取り付けても良いし、上下左右２対取り付けても良い。上下一対とすると、流力原動機１を流体流れ方向に向ける垂直尾翼の働きをさせることができる。
【００６６】
流体誘導板１０、１０の側面外形輪郭は、上下合わせた形で砲弾形に形成し、後部外側部をブレード回転方向内側に湾曲させると良い。このようにすると、放射方向に逃げようとする風を押さえ込み、ブレード５の前進力の増大に寄与させることができる。流体誘導板１０、１０の後部内側部は、円錐９の外形に合わせた形状にする。
【００６７】
プロペラ型流力原動機１と発電機８とを、原動機１の上流側に延びる回転軸９及び固定軸７で接続し、流体誘導板１０、１０の上流側のほぼ重心位置で支柱１１により水平回転自在に固定軸７を支持し、流力発電機１００を構成する。このように構成すると、流体誘導板１０、１０が垂直尾翼として働き、回転軸２を常に流体流れ方向に向けることができる。しかしながら、別に垂直尾翼を取り付ければ、原動機１の下流側に延びる回転軸２及び固定軸７に発電機８を接続する形式としても良い。
【００６８】
Ｊ字状ブレード５は、正面から来る流体６ａと迎角βの作用による推進力、正面から来る流体６ｂと凹部５ｃの作用による推進力、円錐９による放射方向の流体６ｃと凹部５ｃの作用による推進力及び流体誘導板１０、１０によるブレードを追う方向の流体による合成推進力を受け、低流速であっても高回転駆動力と高回転速度を実現することができる。
【００６９】
実施の形態２．
図８〜１１を用いて、この発明の実施の形態２を説明する。図８はこの発明の実施の形態２のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図、図９は図８のＢ−Ｂ線に沿う矢視図、図１０は図９のＣ−Ｃ線に沿うＵ字状ブレードの横断面図、図１１は流体誘導板の斜視図、図１２は流体キャッチの開閉装置の説明図である。
【００７０】
図において、プロペラ型流力原動機２１は、回転軸２に取り付けられるスポーク２４と、スポーク２４に支持される中空半球状の流体キャッチ２９と、流体キャッチ２９の外周部に取り付けられ、基部が開口し、正面からの流力と流体キャッチ２９からの放射方向の流力を受けるＵ字状ブレード４５とから概ね構成されている。
【００７１】
この実施の形態のＵ字状ブレード４５は、図９及び図１０に示すように、細長い金属製の平板からなるブレード板を中央部で湾曲させ、横断面をＵ字状に形成したもので、Ｕ字の湾曲部外側４５ａがブレード回転方向前縁部となり、Ｕ字の長片部外側４５ｂが流力を受けるブレード面となり、Ｕ字内側の凹部４５ｃが放射方向に流れる風により回転力を受ける流路となっている。Ｕ字状ブレード４５は、従来のブレードと同じように、回転軸２に垂直な面に対し迎角βを持たせて流体キャッチ２９を介して回転軸２に取り付けてある。流体キャッチ２９を介さずに、スポーク等により直接回転軸２に取り付けても良い。
【００７２】
次に、流体キャッチ２９とＵ字状ブレードを組合わせたプロペラ型流力原動機２１の作動原理を説明する。ブレード面４５ｂに当たる風の大部分は、迎角βによりブレード４５の後方に流れ、迎角βによりＵ字状ブレード４５に前進力が発生し流力原動機２１を回転させる。
【００７３】
Ｕ字状ブレードの長手方向の形状については、実施の形態１で説明したＪ字状ブレードと同じような形状を採用することができる。ブレードの回転流体抵抗を考慮すると滑らかに後方に湾曲させたブレード４５を採用することが望ましい。
なお、この実施の形態のブレード４５は、流力原動機２１を上流側から見て時計回りに回転させる方向に取り付けている。Ｕ字状湾曲部４５ａを逆向きに取り付ければ、半時計回りに回転する流力原動機となる。
【００７４】
また、上記のブレードの横幅は、基部から先端に向かって徐々に小さくするのが良い。基部では、流体を受ける面積を大きくして回転力の増大を図る。また、先端部では、面積を小さくして流体抵抗を減少させ、さらに、周速度が速い先端部では、流体を吐き出すスピードを速くする。
【００７５】
また、従来のブレードは、その横断面形状がいわゆる流線型の翼形で複雑な形状であり生産性に問題があるが、上記のブレードは、金属平板からプレス加工により容易に成形することができる。
【００７６】
さらに、ブレードを流体キャッチ２９に取り付けるときに、ブレード４５のように、ブレードの基部の軸線が回転軸２中心を通るように取り付けても良いが、実施の形態１の図５に示すように、ブレードの基部の軸線１５ａが回転軸中心より回転方向前方を通るようにオフセットさせて取り付けることにより、ブレードを回転方向後方に傾斜させて取り付けるのが良い。
【００７７】
前述のブレードの回転方向後方への曲折、湾曲及び傾斜は、プロペラ式流力原動機に対して放射方向の流体の流れ（図２、図３の６ｃ）があると、その流体がブレードの凹部４５ｃを放射方向に通り、曲折、湾曲及び傾斜部で流体が後方に曲げられ、反力によりブレードに前進力を与えることになる。Ｕ字状ブレードは、Ｊ字状ブレードに比べ凹部４５ｃが深いので、流体がブレード先端に至るまで逃げずに前進力を吸収することができる。
【００７８】
図８に戻り、回転軸２を挿通支持する固定軸７が風力原動機２１の風上側に長く伸び、その前端には発電機８が支持される。
【００７９】
開口部を上流側に向けた中空半球状の流体キャッチ２９は、ブレード４５の下流側に位置し、回転軸２近傍を流れてブレード４５の開口した基部の内側を通過した流体６ｄを前方外周側に反転させ、流体キャッチ２９の外周側のブレード４５基部開口まで誘導する流体誘導手段である。
【００８０】
回転軸２近傍を流れる流体をそのまま真っ直ぐブレードに当てても、回転軸２からの距離が小さいため、プロペラ型流力原動機２１には、ほとんど回転トルクが発生しないが、流体キャッチ２９によって外周側に誘導してＵ字状ブレード４５の基部開口部からＵ字内側の凹部４５ｃに流し込むと、その流体が凹部４５ｃを放射方向に通り、曲折、湾曲及び傾斜部で流体が曲げられ、反力によりブレードに前進力を与える。
【００８１】
この流体誘導手段としての流体キャッチ２９は、少し細長い紡錘形のものであっても良い。半球形もしくは紡錘形の流体キャッチ２９は、流力原動機２１の下流側の流れを乱さない（乱流にしない）作用があり、流力原動機２１を通過する流速を速めて回転力を高める作用がある。
【００８２】
さらに、流体キャッチ２９の上流側には、ブレード４５に向かって回転軸２方向に流れる流体を、ブレード回転方向にブレード４５を追うように誘導する流体誘導手段としての上下一対の流体誘導板１０、１０が、図１１の斜視図に示すように、その前方で回転軸２に沿うように、固定軸７に上下に放射状に取り付けられ、その後部はブレード４５回転方向に湾曲されている。流体誘導板１０、１０は、上下ではなく左右または斜めに一対取り付けても良いし、上下左右２対取り付けても良い。上下一対とすると、流力原動機２１を流体流れ方向に向ける垂直尾翼の働きをさせることができる。
【００８３】
流体誘導板１０、１０の側面外形輪郭は、上下合わせた形状を砲弾形に形成し、後部外側部をブレード回転方向内側に湾曲させると良い。このようにすると、放射方向に逃げようとする風を押さえ込み、ブレード４５の前進力の増大に寄与させることができる。
【００８４】
プロペラ型流力原動機２１と発電機８とを原動機２１の上流側に延びた回転軸２及び固定軸７で接続し、流体誘導板１０、１０の上流側のほぼ重心位置で支柱１１により水平回転自在に固定軸７を支持し、流力発電機２００を構成する。このように構成すると、流体誘導板１０、１０が垂直尾翼として働き、回転軸２を常に風の方向に向けることができる。
【００８５】
Ｕ字状ブレード４５は、正面から来る流体６と迎角βの作用による推進力、流体キャッチ２９による放射方向の流体６ｃと凹部４５ｃの作用による推進力及び流体誘導板１０、１０によるブレードを追う方向の流体による合成推進力を受け、低流速であっても高回転駆動力と高回転速度を実現することができる。
【００８６】
Ｕ字状ブレード４５は、実施の形態１のプロペラ型流力原動機１用のブレードとしても使用することができる。このとき、円錐９の基部の外径は、ブレード４５の基部開口より流体が凹部４５ｃに入るように、ブレード４５基部取付外径より小さくする。Ｕ字状ブレード４５においても、図３（ｂ）に示したように、基部を遮蔽版によって、塞ぐようにしてもよい。この場合、円錐９の基部の外径は、ブレード４５の基部取付け外径より大きくするとよい。また、実施の形態１のＪ字状ブレード５、１５、２５、３５等を実施の形態２のプロペラ型流力原動機２１用のブレードとして使用することもできる。
【００８７】
図１２に示すように、流体キャッチ２９は、高流速時に流力原動機２１の回転駆動力を抑制するため、また、流体圧による自身の破損等を防止するために、開閉装置２９ａを備えている。開閉装置２９ａは、半球状流体キャッチ２９の底部に設けられたもので、ばね機構により閉方向に付勢され、図１２（ａ）に示すように閉じている数枚の花弁状の開閉弁が流速による流体圧に応じて図１２（ｂ）に示すように開き、流体を逃がして放射方向の流れ６ｃの発生を抑制し、流力原動機２１の回転駆動力を抑制する。
【００８８】
実施の形態３．
図１１，図１３〜１７を用いて、この発明の実施の形態３を説明する。図１３はこの発明の実施の形態３のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図、図１４は流体誘導板の湾曲度調整装置の平面図、図１５は他の湾曲度調整装置の平面図、図１６はブレード可倒装置の側面図、図１７は他のブレード可倒装置の側面図である。
【００８９】
図において、プロペラ型流力原動機３１は、従来型のブレード５５と、ブレード５５の上流側に配置された流体誘導板１０、１０とから概ね構成されている。
【００９０】
図１３に示すように、回転軸２を挿通支持する固定軸７が流力原動機３１の上流側に長く伸び、その前端には発電機８が支持される。プロペラ型流力原動機３１の上流側の固定軸７上には、ブレード５５に向かって回転軸２方向に流れる流体を、ブレード回転方向にブレード５５を追うように誘導する流体誘導手段としての上下一対の流体誘導板１０、１０が、その前方で回転軸２に沿うように、固定軸７に放射状に取り付けられ、その後部はブレード５５回転方向に湾曲された湾曲部となっている。
【００９１】
プロペラ型流力原動機３１と発電機８とを、原動機３１の上流側に延びる回転軸２及び固定軸７で接続し、流体誘導板１０、１０の上流側のほぼ重心位置で支柱１１により水平回転自在に固定軸７を支持し、流力発電機３００を構成する。
このように構成すると、流体誘導板１０、１０が垂直尾翼として働き、回転軸２を常に流体流れ方向に向けることができる。
【００９２】
流体誘導板１０、１０の側面外形輪郭は、上下合わせた形で砲弾形に形成し、下流側外側部がブレード回転方向内側に湾曲させると良い。このようにすると、放射方向に逃げようとする流体を押さえ込み、ブレード５５の前進力の増大に寄与させることができる。
【００９３】
さらに、図１３、１４に示すように、支柱１１の固定軸７支持部にワイヤ牽引機１０ａ、１０ａを取り付け、端部を流体誘導板１０、１０の湾曲した下流側外側部に結び付けたワイヤ１０ｂ、１０ｂを牽引機１０ａ、１０ａで牽引することにより、流体誘導板１０、１０後部のブレード回転方向及びブレード回転方向内側への湾曲度または湾曲形状を、流速に応じて最良の効率が得られるように、調整することができる。ワイヤ牽引機１０ａ及びワイヤ１０ｂは、流体誘導板１０の湾曲度調整装置を構成している。なお、例えば、固定軸７の軸方向に移動可能な一対のプーリーを設け、該一対のプーリーを介してワイヤ１０ｂ、１０ｂをワイヤ牽引機１０ａ、１０ａに接続し、これらプーリーの軸方向の位置を変えることによって流体誘導板１０、１０の湾曲形状を変えることができる。
【００９４】
図１５は、湾曲度調整装置の他の例を示し、固定軸７上で流体誘導板１０、１０の前部を支持し、流体誘導板１０、１０を左右に揺動させる揺動手段１０ｃを設ける。この瑶動手段１０ｃによっても流体誘導板１０、１０の後部の湾曲度を調整するのと同じ作用が得られる。このような湾曲度調整装置を実施の形態１及び２の流体誘導板１０、１０に備えると良い。
【００９５】
従来型のブレード５５は、正面から来る流体６と迎角の作用による推進力、及び流体誘導板１０、１０によるブレード５５を追う方向の風による合成推進力を受け、低流速であっても高回転駆動力と高回転速度を実現することができる。なお、この実施の形態３においても、従来型のブレード５５に代えて、前述のＪ字状またはＵ字状のブレードを用いてもよい。
【００９６】
図１６に示すように、ブレード５５には、高流速時に流力原動機３１の回転駆動力を抑制するため、また、高流速時の流体圧による自身の破損等を防止するために、ブレード可倒装置５５ａを備えると良い。ブレード可倒装置５５ａは、ブレード５５を回転軸２に接続するスポークを弾性体で構成したもので、流速によりブレード５５に発生する流体圧に応じてブレード５５を下流側へ倒し（図１６（ｂ）参照）、流力原動機３１の回転駆動力を抑制する。
【００９７】
図１７は、他のブレード可倒装置５５ｂを示し、ブレード５５は、回転軸２に下流側へ揺動可能に接続されており、ブレード５５の基部には、この基部に固定されてブレード５５に垂直に上流側に伸びるロッド５５ｃの先端に取り付けられた錘５５ｄが備えられ、ロッド５５ｃの錘５５ｄに近い個所は、他のブレードのロッド５５ｃと弾性部材５５ｅで繋がれている。錘５５ｄには、錘５５ｄが回転軸２まわりに回転するときに流体抵抗を受ける抵抗板５５ｆが取り付けられている。
【００９８】
高流速により、ブレード５５が高速回転すると、遠心力により、弾性部材５５ｅの弾性力に抗して錘５５ｄが回転軸２から遠ざかる方へ動き、ブレード５５が下流側へ倒れ、回転力を減じる。このとき抵抗板５５ｆも回転軸２から遠ざかり、流体抵抗を増し、回転力の減少に寄与する。このようなブレード可倒装置５５ａ、５５ｂを実施の形態１及び２のブレードに備えると良い。
【００９９】
【発明の効果】
この発明のプロペラ型流力原動機は、ブレードの横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたので、正面から流れてくる流体と迎角βの作用によるブレードの回転力及び正面から流れてくる流体とＪ字の湾曲部の凹部の作用による回転力にが合成され、微速流体であっても高回転力、高速回転を得ることができる。
【０１００】
次の発明のプロペラ型流力原動機は、ブレードの横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたので、Ｊ字状ブレードに比べ凹部が深く、放射方向の流体の流れを、流体がブレード先端に至るまで逃がさずに流し、流体から回転力を吸収することができる。
【０１０１】
次の発明のプロペラ型流力原動機は、プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追う方向に誘導する流体誘導手段を備えたので、正面から来る流体と迎角βの作用による推進力及び流体誘導板によるブレードを追う方向の流体による合成推進力を受け、低流速であっても高回転駆動力と高回転速度を実現することができる。
【０１０２】
次の発明のプロペラ型流力原動機は、プロペラ型流力原動機の上流側に配置され、ブレードに向かって回転軸方向に流れる流体を、ブレード回転方向に追い、かつ、ブレード半径内に押さえ込むように誘導する流体誘導手段を備えたので、放射方向に逃げようとする風を押さえ込み、ブレードの前進力の増大に寄与させることができる。
【０１０３】
次の発明のプロペラ型流力原動機のブレードは、横断面をＪ字状に形成し、Ｊ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、Ｊ字の長片部内側をブレード面とし、前記湾曲部内側の凹部を流力受け部としたので、正面から流れてくる流体と迎角βの作用によるブレードの回転力及び正面から流れてくる流体とＪ字の湾曲部の凹部の作用による合成回転力を受けることができる。
【０１０４】
次の発明のプロペラ型流力原動機のブレードは、横断面をＵ字状に形成し、Ｕ字の湾曲部外側をブレード回転方向前縁部とし、上流側の長片部外側をブレード面とし、Ｕ字内側の凹部を、放射方向に流れる流体により回転力を受ける流路としたので、Ｊ字状ブレードに比べ凹部が深く、放射方向の流体の流れを、流体がブレード先端に至るまで逃がさずに流し、流体から回転力を吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図である。
【図２】プロペラ型流力原動機の分解斜視図である。
【図３】Ｊ字状ブレードの斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿うＪ字状ブレードの横断面図である。
【図５】プロペラ型流力原動機を上流側から見た正面図である。
【図６】回転方向後方に滑らかに湾曲しているＪ字状ブレードの正面図である。
【図７】細長直線状のＪ字状ブレードの斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う矢視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿うＵ字状ブレードの横断面図である。
【図１１】流体誘導板の斜視図である。
【図１２】流体キャッチの開閉装置の説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態３のプロペラ型流力原動機で駆動される流力発電機の側面図である。
【図１４】流体誘導板の湾曲度調整装置の平面図である。
【図１５】他の湾曲度調整装置の平面図である。
【図１６】ブレード可倒装置の側面図である。
【図１７】他のブレード可倒装置の側面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１  プロペラ型流力原動機
２  回転軸
３  ハブ
４  スポーク
５，１５，２５，３５，４５，５５  ブレード
６  流体
７  固定軸
８  発電機
９  円錐
１０  流体誘導板
１１  支柱
２９  流体キャッチ
【図１】
2005061233.tif 000003
【図２】
2005061233.tif 000004
【図３】
2005061233.tif 000005
【図４】
2005061233.tif 000006
【図５】
2005061233.tif 000007
【図６】
2005061233.tif 000008
【図７】
2005061233.tif 000009
【図８】
2005061233.tif 000010
【図９】
2005061233.tif 000011
【図１０】
2005061233.tif 000012
【図１１】
2005061233.tif 000013
【図１２】
2005061233.tif 000014
【図１３】
2005061233.tif 000015
【図１４】
2005061233.tif 000016
【図１５】
2005061233.tif 000017
【図１６】
2005061233.tif 000018
【図１７】
2005061233.tif 000019